钢板内固定系统重建椎管的生物力学分析
陈建民1
刘国印1
包天翼1
柏天婷1
张二来2
赵建宁1
1.南京医科大学金陵临床医学院骨科,江苏 南京 2100022.厦门医疗器械研发检测中心有限公司,福建 厦门361027
摘要：目的 比较椎板切除回植后应用不同钢板内固定系统(微H钢板和微L钢板)重建椎管的生物力学性能.方法 应用3D打印技术打造正常腰4(L4)椎体模型,对L4椎体模型实施全椎板切除,根据椎板回植椎管重建(RL-SCR)内固定方式的不同分成微H钢板(H-MFS)组和微L钢板(L-MFS)组;分别通过静态压缩和动态疲劳压缩实验对两组RL-SCR模型进行加载直至钢板失效、断裂或回植椎板塌陷;静态压缩实验采用速度控制模式,动态疲劳压缩实验采用载荷控制模式.同时,通过建立正常L3-L5有限元模型,在验证该模型有效性的前提下进行RL-SCR的生物力学研究;根据处理方式不同分为正常赋值组、椎板切除组、H-MFS组和L-MFS组;在相同载荷下,模拟前屈、后伸、左弯、右弯、左旋和右旋6个方向的生理活动条件,对各组L3-L4和L4-L5的活动度(ROM)变化进行评估.结果 RL-SCR静态压缩实验中,H-MFS组的持续屈服载荷大于L-MFS组(P<0.05),在相同机械载荷下的压缩刚度、屈服位移和轴向位移-轴向载荷排列为:H-MFS组>L-MFS组(P<0.05);L-MFS组全部出现椎板原位还纳或"闭门"现象及椎板塌陷,均出现钢板断裂现象;而H-MFS组未出现钢板断裂现象,仅部分出现螺钉周围的钢板裂纹和螺钉尾帽松动的现象;RL-SCR的动态压缩疲劳实验中,H-MFS组的动态压缩峰值载荷可达873 N,为静压缩平均屈服载荷的95％,优于L-MFS组(P<0.05);而L-MFS组的动态压缩峰值荷载仅为468 N,为静压缩平均屈服载荷的80％;此外,根据疲劳寿命-峰值载荷图估算出L-MFS组的极限载荷仅为H-MFS组的46.59％,差异有统计学意义(P<0.05).与椎板切除组相比,6种加载工况下,正常赋值组、H-MFS组和L-MFS组L3-L4和L4-L5的ROM范围均明显降低;与正常赋值组相比,H-MFS组仅在后伸时的ROM增加明显,而L-MFS组在前屈、后伸、左旋和右旋时的ROM增加明显;病变节段ROM的整体趋势为椎板切除组>L-MFS组>H-MFS组>正常赋值组.结论 椎板切除会破坏脊柱后柱结构,从而影响其生物力学稳定性,而应用RL-SCR内固定的方式可有效维持脊柱生物力学的稳定性,且与微L钢板相比,微H钢板在维持椎管完整性和生物力学性能上的优势更明显.
关键词：椎板回植椎管重建椎板钢板3D打印静态压缩动态压缩生物力学有限元分析
资助基金：国家自然科学基金(82102547)南京军区重点项目(15ZD020)
论文发表日期：2023-03-20
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 331-339 )
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